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压水堆核电厂一回路水化学条件下304L不锈钢表面钝化研究

程伟 金成毅 汲大朋 王磊 刘航 汪浩川 李华儒

程伟, 金成毅, 汲大朋, 王磊, 刘航, 汪浩川, 李华儒. 压水堆核电厂一回路水化学条件下304L不锈钢表面钝化研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 254-259. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0254
引用本文: 程伟, 金成毅, 汲大朋, 王磊, 刘航, 汪浩川, 李华儒. 压水堆核电厂一回路水化学条件下304L不锈钢表面钝化研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(6): 254-259. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0254
Cheng Wei, Jin Chengyi, Ji Dapeng, Wang Lei, Liu Hang, Wang Haochuan, Li Huaru. Study on Surface Passivation of 304L Stainless Steel under the Condition of Primary Water Chemistry in PWR Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 254-259. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0254
Citation: Cheng Wei, Jin Chengyi, Ji Dapeng, Wang Lei, Liu Hang, Wang Haochuan, Li Huaru. Study on Surface Passivation of 304L Stainless Steel under the Condition of Primary Water Chemistry in PWR Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(6): 254-259. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0254

压水堆核电厂一回路水化学条件下304L不锈钢表面钝化研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.06.0254
详细信息
    作者简介:

    程 伟(1987—),男,高级工程师,现主要从事核电厂调试技术研究工作,E-mail: cheng.wei@cgnpc.com.cn

  • 中图分类号: TG174.4;TL421+.1

Study on Surface Passivation of 304L Stainless Steel under the Condition of Primary Water Chemistry in PWR Nuclear Power Plant

  • 摘要: 通过实验模拟304L不锈钢(304L SS)在压水堆核电厂一回路B+Li水化学环境下的钝化反应过程,研究了时间和温度变化对于钝化反应过程的影响。结果表明,304L SS表面钝化生成的氧化膜呈双层膜结构,并且在300 h范围内,氧化膜处于一个不断生长的状态,膜厚度、抗腐蚀能力与钝化时间呈正相关关系。提高钝化温度可以让304L SS表面的氧化膜生长得更加均匀,从而提升表面氧化膜的整体抗腐蚀能力。基于实验结果,本文分析提出了一种氧化膜综合生长模型,并对相关结论应用于热态功能试验首次钝化试验的工程前景进行了讨论。

     

  • 图  1  样品表面钝化膜的 SEM 形貌

    Figure  1.  SEM Images of Oxide Films Grown on Sample Surface

    图  2  样品表面钝化膜的TEM结果

    Figure  2.  TEM Images of Oxide Films Grown on Sample Surface

    图  3  在260℃水中170 h A1组样品表面钝化膜的XRD结果     

    cps—每秒计数

    Figure  3.  XRD Results of Oxide Films Grown on Sample Surface of A1 Group Exposed to 260℃ Water for 170 h

    图  4  在260℃水中300 h A2组样品表面钝化膜的XRD结果      

    Figure  4.  XRD Results of Oxide Films Grown on Sample Surface of A2 Group Exposed to 260℃ Water for 300 h

    图  5  在291.4℃水中170 h A3组样品表面钝化膜的XRD结果       

    Figure  5.  XRD Results of Oxide Films Grown on Sample Surface of A3 Group Exposed to 291.4℃ Water for 170 h

    图  6  样品表面钝化膜的EIS结果

    Figure  6.  EIS Results of Oxide Films Grown on Sample Surface     

    图  7  样品表面钝化膜形成机理

    Figure  7.  Formation Mechanism of Oxide Films Grown on Sample Surface

    表  1  一回路水化学参数

    Table  1.   Chemical Composition of Primary Circuit

    参数 限值范围
    pH值(25℃) 9.8~10.5
    氢氧化锂浓度(7Li) /(mg·kg−1) 2.0
    溶解氧浓度/(mg·kg−1) < 0.10 (当温度>120℃时)
    氯离子浓度/(mg·kg−1) <0.15
    氟离子浓度/(mg·kg−1) <0.15
    硫酸根离子浓度/(mg·kg−1) <0.15
    溶硅浓度/(mg·kg−1) <1.0
    悬浮物浓度/(mg·kg−1) <1.0
    钠离子浓度/(mg·kg−1) <0.20
    硼酸浓度/(mg·kg−1) 20.0
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    表  2  实验差异组参数对比

    Table  2.   Parameter Comparison of Experimental Groups

    实验组 钝化温度/℃ 钝化时间/h
    A1 260 170
    A2 260 300
    A3 291.4 170
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    表  3  样品表面元素组成(质量分数, %)

    Table  3.   Chemical Composition of Sample Surface

    元素 初始材料 A1组 A2组 A3组
    Fe 69.3 56.6 55.6 60.4
    O 13.8 26.3 10.6
    Ni 9.2 7.8 3.7 7.7
    Cr 19.2 20.1 10.8 19.3
    Mn 1.8 1.3 0.7 1.5
    Si 0.5 0.5 0.3 0.5
    P 0.7
    C
      注:①含量极少
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    表  4  样品表面钝化膜厚度值分布

    Table  4.   Thickness Distribution of Oxide Films Grown on Sample Surface

    测量点 钝化膜厚度/nm
    A1组 A2组 A3组
    测点1 63.4 280.2 126.9
    测点2 55.3 282.9 122.3
    测点3 118.7 167.4 120.0
    测点4 151.3 98.2 111.1
    测点5 144.8 82.8 106.2
    平均值 106.7 182.3 117.3
    最小值 55.3 82.8 106.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-10
  • 修回日期:  2023-05-14
  • 刊出日期:  2023-12-15

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